Проектирование системы управления двигателями фрезерного станка параллельной кинематики
Особенность проектирования рабочей модели механизма параллельной кинематики с элементами совместного манипулирования. Характеристика выбора многоканального драйвера шагового двигателя PLC330 для управления двигателями подъемного и верхнего механизма.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.11.2018 |
| Размер файла | 410,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Проектирование системы управления двигателями фрезерного станка параллельной кинематики
В.М. Масюк
С.С. Керимов
Врамках исследования систем параллельной кинематики была поставлена задача по проектированиюрабочей модели механизма параллельной кинематики с элементами совместного манипулирования. Был создан макет, прототип которого представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Макет фрезерного станка параллельной кинематики.
Задачу управления приводами можно разделить на две составляющие: проектирование привода для промышленного применения (серийное изделие) и проектирование привода для управления макетным образцом [1,2].
В первом случае используется сервопривод, во втором случае максимально быстрый и удобный в разработке привод. В качестве такого привода использовали шаговый. Основной задачей исследования являлось изучение динамики стенда совместно с шаговыми двигателями. Для этого потребовалось построить полную математическую модель стенда и шагового двигателя. В статье рассмотрены подходы к решению этой задачи, исследованы характеристики шаговых двигателей.
В промышленных станках и манипулятора, как правило, используются сервоприводы на основе вентильных двигателей и приводы на основе шаговых двигателей. В случае использования шагового двигателя схема управления отсчитывает необходимое количество импульсов (шагов) от положения датчика. При этом точное позиционирование обеспечивается параметрическими системами с отрицательной обратной связью, которые образуются взаимодействующими между собой соответствующими полюсами статора и ротора шагового двигателя. Сигнал задания для соответствующей параметрической системы формирует система управления шаговым двигателем, активизирующая соответствующий полюс статора. Электрический сервопривод, по сравнению с шаговым, гарантирует максимальную точность, автоматически компенсируя механические (люфты в приводе) или электронные сбои привода. Он обладает большей возможной скоростью перемещения элемента (у шагового двигателя наименьшая максимальная скорость по сравнению с другими типами электродвигателей). У сервопривода сложнее блок управления и логика его работы (требуется обработка результатов датчика и выбор управляющего воздействия, а в основе контроллера шагового двигателя -- просто счётчик). Существует также проблема фиксирования: обычно решается постоянным притормаживанием перемещаемого элемента либо вала электродвигателя (что ведёт к потерям энергии), либо применение червячных/винтовых передач (усложнение конструкции, в шаговом двигателе каждый шаг фиксируется самим двигателем). Сервоприводы, как правило, дороже шаговых [4]. кинематика многоканальный драйвер двигатель
Для макетного стенда не требуется большая скорость и мощность. Себестоимость привода на основе шагового двигателя ниже, поэтому для данного станка были выбраны следующие двигатели: для нижнего механизма выбраны двигатели типа PM55L-048, так как он не очень дорогой, и его момента достаточно для того чтобы повернуть рабочий стол. Невысокая точность позиционирования шагового двигателя (порядка 7,5 градусов) решается установкой ременной передачи с передаточным отношением шкивов 1:8. Таким образом, мы получаем точность порядка 1 градуса. Использовать редуктор или ременную передачу как на нижнем механизме не рационально, исходя из конструктивных соображений, поэтому для верхнего механизма выбран двигатель типа PL42H48-2.4-4. Он обладает большим моментом удержания, высокой точностью позиционирования. Для подъемного механизма так же выбран двигатель PL42H48-2.4-4, так как нужен большой момент.
Для управления двигателями подъемного и верхнего механизма был выбран многоканальный драйвер шагового двигателя PLC330. Это микрошаговый многоканальный драйвер управления ШД. Модуль позволяет управлять 4-мя осями станка, используя LPT-порт. Драйвер имеет встроенные цепи защиты от КЗ обмоток ШД, от эффекта обратной ЭДС от ШД. Многоканальный драйвер поддерживает управление частотным преобразователем от ШИМ сигнала программы управления. Модуль имеет 5 входов для подключения концевых выключателей. Устройство оптимально подходит для управления биполярными и униполярными шаговыми двигателями.
Для управления механизмом нижнего стола будет использоваться контроллер Arduino и драйвер шагового двигателя. Данная схема проста в реализации и подходит для решения данной проблемы [3]. Синхронизация осуществляется через ПК через LPT и COM порты.
На данном этапе построена 3D модель в Solidworks и произведен экспорт модели в SimuLink. Были заданы воздействия на месте закрепления шаговых двигателей. Подавая определенный закон движения, например синусоидальный сигнал, можно наблюдать перемещение механизма. На рис. 2 представлена модель станка в Simulink. Были подключены сенсоры к шарнирам для считывания изменения координаты, угловых скоростей и ускорений.
Рис.2. Модель станка в Simulink
Примем, что задающее воздействие на механизм осуществляется по синусоидальному закону. Данные действия необходимы для исследования максимально возможных ускорений звеньев, при которых двигатель сможет остановить механизм в любой момент времени или с достаточной точностью или же использовать заблаговременное торможение. Так же можно разработать алгоритм обхода особых точек, рассчитать время перемещения станка из одного положения в другое. На рис. 3 представлены графики перемещения по синусоидальному закону рабочего инструмента и элементов, на которые воздействует двигатель.
Рис. 3. Графики перемещения первого звена и рабочего органа
В дальнейшем планируется добавить в модель шаговый двигатель с параметрами как на макете и получать задающее воздействие от него.
Таким образом, были рассмотрены различные типы двигателей, произведен выбор подходящих моделей, были подобраны соответствующие контроллеры и драйверы, построена модель в SIMULINK. Исследование продолжается в области поиска максимальных ускорений звеньев механизма.
Список литературы
[1] Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г.Основы управления манипуляционными роботами. - 2-ое изд., перераб. и доп.- СПб: Энергоатомиздат, 1992. - 288 с.
[2] Ратмиров В.А., ИвоботенкоБ.А. Шаговые двигатели для систем автоматического управления. - выпуск 66. - М. -Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 128 с.
[3] Герман-Галкин С. Г. Проектирование мехатронных систем на ПК. - СПб.:КОРОНА-Век, 2008. - 368 с.
[4] Микеров А.Г.Управляемые вентильные двигатели малой мощности:Учебное пособие.- СПб: СПбГЭТУ, 1997. - 64 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Разработка кинематики привода подач и привода главного движения токарно-винторезного станка. Определение назначения станка, расчет технических характеристик. Расчет пары зубчатых колес. Разработка кинематики коробки подач, редуктора и шпиндельного узла.
курсовая работа [970,1 K], добавлен 05.11.2012Особенности анализа и устройства механизма долбежного станка. Характеристика структурного, кинематического, динамического синтеза рычажного механизма. Силовой анализ механизма рычага. Описание системы управления механизмами по заданной тактограмме.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 13.10.2013Характеристика особенностей и этапов проектирования шагового транспортера, предназначенного для прерывистого перемещения деталей с одной позиции на другую. Определение кинетической энергии механизма. Проектирование зубчатых передач планетарного редуктора.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 19.12.2010Изменение кинематики приводов подач вальцешлифовального станка. Замена устаревших ДПТ на современные высокомоментные синхронные двигатели. Определение скорости рабочего и быстрого ходов. Момент инерции вала. Электрическая схема управления станка.
дипломная работа [143,1 K], добавлен 03.04.2011Рациональная схема механизма коробки скоростей фрезерного станка. Конструкция узлов привода главного движения. Расчет крутящих моментов и мощности, выбор электродвигателя. Обеспечение технологичности изготовления деталей и сборки проектируемых узлов.
курсовая работа [594,0 K], добавлен 14.10.2012Понятие и общая характеристика фрезерного станка модели 6Ф410, его функциональные особенности и возможности, описание сборочных единиц, работа схемы электроавтоматики. Расчет и выбор двигателя, автоматического выключателя, предохранителя и реле.
дипломная работа [961,5 K], добавлен 04.10.2013Двухстепенные и трехстепенные механизмы с параллельной кинематикой. Составление кинематических уравнений. Определение кинематической схемы 5D-принтера. Габаритные размеры и конструкция двигателя. Описание устройства алгебраически с помощью геометрии.
диссертация [4,7 M], добавлен 22.11.2022Проект модернизации фрезерного станка модели ГФ2171С3 с целью совершенствования системы управления. Устройство числового программного управления. Рынок устройств числового программного управления. Технические характеристики программного обеспечения.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 20.03.2013Выбор двигателя для привода кранового механизма. Проверка выбранного двигателя по условиям перегрузки и перегрева. Механическая характеристика. Пусковые сопротивления. Разработка схемы управления для автоматизированного электропривода кранового механизма.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 17.04.2019Функции специального зубофрезерного полуавтомата, режимы его работы, разработка схемы обработки детали. Разработка схемы установки зажима инструмента и системы управления станком. Релейно-контактная схема управления циклом станка и силовыми двигателями.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 30.01.2012Разработка электропривода механизма подъема мостового подъемного крана с заданными параметрами скорости подъема, а также его система управления. Выбор двигателя постоянного тока и расчет его параметров. Широтно-импульсный преобразователь: расчет системы.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 23.09.2008Наибольший наружный диаметр заготовки, устанавливаемой в патроне токарно-револьверного станка. Материал режущего инструмента. Минимальная и максимальная скорости резания при сверлении. Общее передаточное отношение привода от двигателя до последнего вала.
контрольная работа [252,3 K], добавлен 22.05.2012Выбор электродвигателя для электропривода стола фрезерного станка. Анализ динамических и статических характеристик электропривода. Определение возможных вариантов и обоснование выбора типа комплектного преобразователя. Анализ работы механизма подачи.
дипломная работа [905,3 K], добавлен 09.04.2012Анализ механизма долбежного станка. Звенья закрепления и присоединения. Простые стационарные и подвижные механизмы. Подвижность кулисного механизма. Кинематический анализ рычажного механизма долбежного станка. Определение крайних положений механизма.
курсовая работа [734,8 K], добавлен 02.01.2013Ознакомление с результатами силового расчета основного механизма двигателя с учетом динамических нагрузок. Определение основных параметров кулачкового механизма графическим способом. Проектирование кулачкового механизма впускного клапана мотоцикла.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 11.10.2021Определение передаточных функций всех звеньев механизма строгального станка. Расчет масштабного коэффициента скорости для построение плана скоростей. Ускорения кривошипно-шатунного механизма. Определение размера маховика, среднего диаметра его обода.
курсовая работа [143,4 K], добавлен 28.03.2014Описание конструкции и работы проектируемого рабочего механизма ткацкого станка. Техническая характеристика станка, его кинематическая схема. Необходимые технологические, кинематические и динамические расчеты дифференциального механизма, узлов и деталей.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 07.01.2011Проведение критического анализа системы управления токарного станка модели HOESCH D1000 с целью выявления ее недостатков и предложений вариантов модернизации. Выполнение расчета и выбора двигателя необходимой мощности, момента привода подачи станка.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 24.03.2010Кинематическое изучение механизма станка. Создание плана положений, скоростей и ускорений звеньев механизма при разных положениях кривошипа. Определение количества и вида звеньев и кинематических пар. Структурная классификация механизма по Ассуру.
курсовая работа [135,5 K], добавлен 01.02.2015Конструктивное исполнение силой сети и цепи управления с размещением электрооборудования и аппаратов. Расчет и выбор двигателя главного движения станка установки. Рекомендации по наладке электрооборудования. Описание электрической схемы станка установки.
курсовая работа [35,3 K], добавлен 13.02.2015
